网络视频控技术材料

网络视频监控技术及要素××××2017-01-25目录1.网络视频：简介、优点及应用................................-1-1.1网络视频系统简介..................................................-1-1.2优点.............................................................-1-1.3应用..............................................................-3-1.3.1零售..............................................................-3-1.3.2交通..............................................................-4-1.3.3教育..............................................................-4-1.3.4工业..............................................................-4-1.3.5城市监控..........................................................-4-1.3.6政府..............................................................-4-1.3.7医疗保健..........................................................-4-1.3.8银行与金融........................................................-5–2.网络摄像机.......................................................-5-2.1什么是网络摄像机?.................................................-5-2.2网络摄像机类型....................................................-6-2.2.1固定网络摄像机....................................................-6-2.2.2固定半球网络摄像机................................................-6-2.2.3PTZ摄像机和PTZ网络快球...........................................-6-机械式PTZ网络摄像机..............................................-7-非机械式PTZ网络摄像机............................................-7-PTZ网络快球......................................................-8-2.3日夜两用型网络摄像机...............................................-8-2.4百万像素网络摄像机.................................................-9-2.5选择网络摄像机的基本准则...........................................-9-3.摄像机要素........................................................-11-3.1感光度............................................................-11-3.2镜头要素…........................................................-12-3.2.1视野..............................................................-12-3.2.2镜头与传感器匹配..................................................-13-3.2.3镜头座标准........................................................-13-3.2.4F值与曝光.......................................................-13-3.2.5手动或自动光圈...................................................-14-3.2.6景深.............................................................-14-3.3图像传感器.......................................................-15-3.3.1CCD技术.........................................................-15-3.3.2CMOS技术........................................................-15-3.3.3百万像素传感器...................................................-15-3.4I图像扫描技术.....................................................-16-3.4.1隔行扫描.........................................................-16-3.4.2逐行扫描.........................................................-16-3.5图像处理.........................................................-16-3.5.1背光补偿...................................................-17-3.5.2曝光区...........................................................-17-3.5.3宽动态范围.......................................................-17-3.6安装网络摄像机.................................................-17-4.摄像机保护与防护罩.......................................-18-4.1通用摄像机外壳...................................................-18-4.2透明护罩........................................................-19-4.3固定摄像机在防护罩中的位置.......................................-19-4.4环境防护.........................................................-19-4.5防破坏和防拆卸...................................................-20-4.5.1摄像机/防护罩设计................................................-20-4.5.2安装.............................................................-20–4.5.3摄像机布局.......................................................-20-4.5.4智能视频.........................................................-21-4.6天花板安装....................................................-21-4.6.1墙壁安装.........................................................-21-4.6.2架杆安装.........................................................-21-4.6.3悬垂安装.........................................................-21-4.6.4安装方法.........................................................-21-5.视频编码器.......................................................-225.1什么是视频编码器?................................................-22-5.1.1视频编码器构成及考虑因素.........................................-22-5.1.2事件管理与智能视频...............................-23-5.2独立式视频编码器.................................................-23-5.3机架式视频编码器.................................................-23-5.4视频编码器支持PTZ摄像机与PTZ网络快球……….....................-24-5.5去隔行技术.......................................................-24-5.6视频解码器........................................................-24-6.分辨率...........................................................-25-6.1NTSC与PAL分辨率................................................-25-6.2VGA分辨率.......................................................-26-6.3百万像素分辨率....................................................-26-6.4高清电视（HDTV）分辨率............................................-27-7.视频压缩..........................................................-27-7.1压缩基本原理..................................................-28-7.1.1视频编解码器.......................................................-28-7.1.2图像压缩与视频压缩.................................................-28-7.2压缩格式...........................................................-30-7.2.1M-JPEG………….....................................................-30-7.2.2MPEG-4.............................................................-30-7.2.3H.264orMPEG-4Part10/AVC......................................-30-7.3可变与固定比特率.................................................-31-7.4比较标准.........................................................-31-8.音频.............................................................-32-8.1音频应用.........................................................-32-8.2音频支持与设备...................................................-32-8.3音频模式..........................................................-33-8.3.1单工...............................................................-33-8.3.2半双工.............................................................-33-8.3.3全双工.............................................................-33-8.4音频检测报警.......................................................-33-8.5音频压缩...........................................................-34-8.5.1采样频率...........................................................-34-8.5.2比特率.............................................................-34-8.5.3音频编解码器........................................................-34-8.6音频与视频同步.....................................................-34-9.网络技术...........................................................-35-9.1局域网和以太网.....................................................-35-9.1.1以太网类型..........................................................-35-9.1.2交换机.............................................................-36-9.1.3以太网供电.........................................................-37-802.3af标准与高性能PoE.........................................-37-中跨设备与分离器.................................................-38-9.2互联网...........................................................-39-IIP寻址.......................................................-39-Pv4地址.......................................................-40-9.2.1IPv6地址.......................................................-41-9.2.2网络视频数据传输协议..............................................-42-9.3VLAN.............................................................-43-9.4服务质量.........................................................-43-9.5网络安全.........................................................-44-9.5.1用户名与密码验证.................................................-44-9.5.2IP地址过滤......................................................-44-9.5.3IEEE802.1X......................................................-44-9.5.4HTTPS或SSL/TLS..................................................-45-9.5.5VPN（虚拟专网）………................................-45–10.无线技术.........................................................-45-10.1802.11WLAN标准.................................................-46-10.2WLAN安全........................................................-46-10.2.1WEP（有线等效加密）.............................................-46-10.2.2WPA/WPA2（WiFi保护访问）........................................-46-10.2.3建议............................................................-47-III10.3无线网桥.........................................................-47-11.视频管理系统.....................................................-47-11.1硬件平台.........................................................-47-11.1.1服务器平台.......................................................-47-11.1.2NVR平台.........................................................-48–11.2软件平台.........................................................-48-11.2.1内置功能.........................................................-48-11.2.2Windows客户端软件..............................................-48-11.2.3基于Web的软件...................................................-49-11.2.4视频管理软件扩展能力.............................................-49-11.2.5开放式与特定供应商软件...........................................-49-11.3软件功能….......................................................-49–11.3.1观看.............................................................-49-11.3.2多流..........................................................-50-11.3.3视频记录.......................................................-50-11.3.4记录与存储........................................................-50–11.3.5事件管理与智能视频...............................................-50-11.3.6维护与管理功能...................................................-53–11.3.7安全............................................................-54–11.4集成系统........................................................-54-11.4.1应用编程接口.....................................................-54–11.4.2销售点...........................................................-54–11.4.3进出控制.........................................................-55–11.4.4建筑管理.......................................................-55–11.4.5工业控制系统.....................................................-55–11.4.6RFID...........................................................-55-12.带宽与存储考虑因素...............................................-55-12.1带宽与存储计算...................................................-56-12.1.1带宽需求量.....................................................-56–12.1.2计算存储需求量...................................................-56-12.2基于服务器存储...................................................-58-12.3NAS与SAN.......................................................-58-12.4备份存储.........................................................-58-12.5系统配置.........................................................-59-IV1.网络视频：简介、优点及应用与电子邮件、网络服务和计算机电话集成等其他通信方式一样，网络视频可通过有线或无线IP（互联网协议）网络传输。数字视频流和音频流以及其他数据可通过同一网络基础架构进行通信。网络视频可以为用户（特别是安全监控产业）带来大量优于传统模拟CCTV（闭路电视）系统的特性。本章将简要介绍网络视频及其优点，以及网络视频在各种行业中的应用。通过与模拟视频监控系统的比较，可以更好地了解数字网络视频系统的应用领域及应用潜力。1.1网络视频系统简介在安保行业中，网络视频往往也称为基于IP视频监控或IP监控，它采用有线或无线IP网络作为主干网络来传输数字视频、音频及其他数据。采用以太网供电（PoE）技术，可以通过网络为网络视频产品供电。网络视频系统可通过网络随处监控和记录视频，无论该网络是局域网（LAN）还是广域网（WAN），如互联网等。网络视频系统的主要构成包括网络摄像机、视频编码器（用于连接模拟摄像机）、网络、服务器与存储器以及视频管理软件等。由于网络摄像机和视频编码器是基于计算机的设备，因此其性能是模拟CCTV摄像机无法比拟的。网络摄像机、视频编码器和视频管理软件是IP监控解决方案的基础。网络、服务器和存储器等组件都是标准IT设备。能够使用通用设备是网络视频的主要优点之一。网络视频系统的其他组件包括摄像机防护罩、PoE中跨设备及分离器等附件。本文其他章节将更深入地介绍网络视频系统的每一个组部件。1.2优点数字网络视频监控系统提供了模拟视频监控系统所不能提供的一系列优势和先进功能。其优点包括远程访问、高质量图像、事件管理与智能视频功能、易于集成以及更高的可扩展性、灵活性和经济高效性。远程访问：网络摄像机和视频编码器可进行远程配置和远程访问，多个授权用户可同时从全球几乎所有的联网位置随时查看现场视频和记录的视频。这一优势体现在当用户需要第三方机构（如保安公司）访问视频时，采用传统模拟CCTV系统，用户只能在特定现场位置监控和管理视频，如果没有视频编码器或网络数字视频录像机（DVR）等设备，则无法实现异地访问视频。DVR是替代盒式磁带录像机的数字产品。超凡的图像质量：在视频监控应用领域中，若要清晰地捕捉事件发生的过程，并识别这一过程中所涉及的人物和目标，就必须具有超凡的图像质量。凭借逐行扫描和百万像素技术，网络摄像机可以提供更卓越的图像质量以及更高的分辨率，这是模拟CCTV摄像机所望尘莫及的。关于逐行扫描和百万像素技术的详细信息，请参见第2、第3和第6章。与模拟监控系统相比，网络视频系统可以更轻松地保持图像质量。目前，以DVR作为记录介质的模拟系统，需要进行经过大量的从多次模拟到数字的转换：首先，模拟信号要在摄像机中转换为数字信号，然后再转换成模拟信号进行传输；到达中心之后，又需要对模拟信号进行数字化才能进行记录。每次模拟与数字间的转换，以及布线距离都会造成中心所获图像质量的下降和信号的衰减。在全数字IP监控系统中，来自网络摄像机的图像只需进行一次数字化，就可以始终保持数字制式，而不必反复进行无谓的转换，而且图像质量也不会随着网络传输距离的延长而下降。此外，与将模拟图像存储到模拟录像带的做法相比，数字图像将会更易于存储和检索。¾事件管理与智能视频：录制的视频资料过多而没时间进行应有的有效分析是很普遍的现象。具有内置智能或分析功能的先进网络摄像机和视频编码器能够减少无关记录的数量，并按照预先设定的程序做出响应，从而有效地解决了这一问题。然而，模拟系统并不具备这样的功能。网络摄像机和视频编码器内置了视频移动侦测、音频检测报警、主动防拆卸报警、I/O（输入/输出）连接以及报警和事件管理等功能。这些特性使网络摄像机和视频编码器能够对输入的信息进行持续分析，侦测事件是否发生，并自动进行视频记录和发送报警通知等相应操作，对事件做出响应。事件管理功能可通过网络视频产品的用户界面或视频管理软件程序进行配置。用户可以通过设置触发器的类型和触发时间来定义报警或事件。用户还可以配置响应措施（例如，记录到一个或多个站点，无论是用于本地和/或异地安全监控；激活报警器、灯光和门等外部设备；以及向用户发送通知消息）。关于视频管理的更多信息，请参见第11章。可满足未来需求的轻松集成：除视频管理和应用软件外，基于开放标准的网络视频产品还可以与计算机和基于以太网的信息系统、音频或安全系统以及其他网络设备轻松集成。例如，可将网络摄像机的视频集成到销售PoS终端系统或智能建筑系统中。关于集成系统的更多信息，请参见第11章。可扩展性和灵活性：网络视频系统可根据用户的需要进行扩展。基于IP的系统使大量网络摄像机和视频编码器以及其他类型的应用，能够通过同一个有线或无线网络传输数据，因此系统中可添加任意数量的网络视频产品，而不必对网络基础架构进行大量改造或高成本的改造。模拟系统不具备这种特点。在模拟视频系统中，每台摄像机必须通过专用的同轴电缆直接连接到监控/记录站。如果需要音频功能，还必须单独连接音频线。网络视频产品几乎可以安装在任何位置，并几乎可以从任何位置进行联网，而且系统可以根据需要调整其开放或封闭程度。经济高效：IP监控系统的总拥有成本一般低于传统模拟CCTV系统。企业中往往已部署了用于支持其他应用的IP网络基础架构，因此网络视频应用完全可以直接利用现有的基础架构。与模拟CCTV系统的传统同轴电缆和光纤布线相比，采用基于IP的网络和无线功能选项的成本要低得多。此外，数字视频流可通过各种可互操作的基础架构在全球范围内传输。由于后端应用和存储运行在符合行业标准的、基于开放系统的服务器上，不像模拟CCTV系统那样需要采用DVR等专有硬件，因此大幅降低了管理和设备成本。不仅如此，网络视频系统还可以采用以太网供电技术，但这种技术无法应用于模拟视频系统。以太网供电（PoE）技术可通过支持以太网供电的交换机或中跨设备，利用传输数据的同一条以太网线缆为网络设备供电。以太网供电技术显著降低了安装成本，并且可以提高系统可靠性。关于以太网供电的更多信息，请参见第9章。1.3应用网络视频几乎可以用于任何应用。不过，大部分用途主要用来对人员、地点、财产和操作进行安全监控或远程监控。以下是网络视频在主要行业领域的典型应用。1.3.1零售零售店采用网络视频系统可显著减少盗窃情况的发生，加强人员安全保护，优化商店管理。网络视频的主要优点是可与商店EAS（电子商品监控）系统或POS（销售点）系统集成，提供商品失窃等相关活动的图像和记录。系统可以快速检测潜在异常以及欺诈情况。网络视频具有很高的系统互操作性，可以加快投资回报速度。网络视频还可以用来观察商店中客流量最大的商品区，记录消费者的活动和购物行为，从而优化店面或展示布局。同时，网络视频系统可以识别需要补货的货架，或出现收银排队时加开收银机的需要。1.3.2交通网络视频可用来加强机场、公路、火车站和其他交通枢纽，以及公交车、火车和客轮等移动交通工具的人员安全和治安保障。网络视频还可以用于监控交通状况，减少拥堵，提高通行效率。许多交通领域必须采用高质量图像（网络摄像机可通过逐行扫描技术实现）、高帧速和长时间存储的最佳系统。在一些恶劣的使用环境下，如公交车和火车，可选用耐受温度、湿度、灰尘、振动及破坏的网络摄像机。1.3.3教育从幼儿园到大学，网络摄像机可以提供耐受破坏的监控系统，提高师生的安全水平。在已建有IT基础架构的教育机构，网络视频是一种优于模拟系统的经济高效的解决方案，因为网络视频不需要重新布线。此外，网络摄像机事件管理功能可以生成报警，为保安人员采取相应措施提供准确、实时的图像。网络视频还可以用于远程教学，如无法上课的学生。1.3.4工业网络视频可用来监控和提高生产线、加工流程和物流系统的工作效率，保证仓库和库存控制系统的安全。网络视频还可以用来举行虚拟会议，获得远程技术支持。1.3.5城市监控网络视频是制止犯罪，保护市民安全最有效的工具之一，可用于检查和防范刑事案件的发生。网络视频可利用无线网络在整个城市有效部署。网络视频的远程监控功能便于警察根据实况观察对犯罪活动迅速做出响应。1.3.6政府网络视频是制止犯罪，保护市民安全最有效的工具之一，可用于检查和防范刑事案件的发生。网络视频可利用无线网络在整个城市有效部署。网络视频的远程监控功能便于警察根据实况观察对犯罪活动迅速做出响应。1.3.7医疗保健网络视频提供经济高效、高质量图像的患者监控和视频监控解决方案，有助于加强工作人员、患者、探视者以及设施的安全保护。例如，经过授权的医务人员可在多个地点查看现场图像、检查活动并提供远程护理。1.3.2交通网络视频可用来加强机场、公路、火车站和其他交通枢纽，以及公交车、火车和客轮等移动交通工具的人员安全和治安保障。网络视频还可以用于监控交通状况，减少拥堵，提高通行效率。许多交通领域必须采用高质量图像（网络摄像机可通过逐行扫描技术实现）、高帧速和长时间存储的最佳系统。在一些恶劣的使用环境下，如公交车和火车，可选用耐受温度、湿度、灰尘、振动及破坏的网络摄像机。1.3.3教育从幼儿园到大学，网络摄像机可以提供耐受破坏的监控系统，提高师生的安全水平。在已建有IT基础架构的教育机构，网络视频是一种优于模拟系统的经济高效的解决方案，因为网络视频不需要重新布线。此外，网络摄像机事件管理功能可以生成报警，为保安人员采取相应措施提供准确、实时的图像。网络视频还可以用于远程教学，如无法上课的学生。1.3.4工业网络视频可用来监控和提高生产线、加工流程和物流系统的工作效率，保证仓库和库存控制系统的安全。网络视频还可以用来举行虚拟会议，获得远程技术支持。1.3.5城市监控网络视频是制止犯罪，保护市民安全最有效的工具之一，可用于检查和防范刑事案件的发生。网络视频可利用无线网络在整个城市有效部署。网络视频的远程监控功能便于警察根据实况观察对犯罪活动迅速做出响应。1.3.6政府网络视频是制止犯罪，保护市民安全最有效的工具之一，可用于检查和防范刑事案件的发生。网络视频可利用无线网络在整个城市有效部署。网络视频的远程监控功能便于警察根据实况观察对犯罪活动迅速做出响应。1.3.7医疗保健网络视频提供经济高效、高质量图像的患者监控和视频监控解决方案，有助于加强工作人员、患者、探视者以及设施的安全保护。例如，经过授权的医务人员可在多个地点查看现场图像、检查活动并提供远程护理。1.3.2交通网络视频可用来加强机场、公路、火车站和其他交通枢纽，以及公交车、火车和客轮等移动交通工具的人员安全和治安保障。网络视频还可以用于监控交通状况，减少拥堵，提高通行效率。许多交通领域必须采用高质量图像（网络摄像机可通过逐行扫描技术实现）、高帧速和长时间存储的最佳系统。在一些恶劣的使用环境下，如公交车和火车，可选用耐受温度、湿度、灰尘、振动及破坏的网络摄像机。1.3.3教育从幼儿园到大学，网络摄像机可以提供耐受破坏的监控系统，提高师生的安全水平。在已建有IT基础架构的教育机构，网络视频是一种优于模拟系统的经济高效的解决方案，因为网络视频不需要重新布线。此外，网络摄像机事件管理功能可以生成报警，为保安人员采取相应措施提供准确、实时的图像。网络视频还可以用于远程教学，如无法上课的学生。1.3.4工业网络视频可用来监控和提高生产线、加工流程和物流系统的工作效率，保证仓库和库存控制系统的安全。网络视频还可以用来举行虚拟会议，获得远程技术支持。1.3.5城市监控网络视频是制止犯罪，保护市民安全最有效的工具之一，可用于检查和防范刑事案件的发生。网络视频可利用无线网络在整个城市有效部署。网络视频的远程监控功能便于警察根据实况观察对犯罪活动迅速做出响应。1.3.6政府网络视频是制止犯罪，保护市民安全最有效的工具之一，可用于检查和防范刑事案件的发生。网络视频可利用无线网络在整个城市有效部署。网络视频的远程监控功能便于警察根据实况观察对犯罪活动迅速做出响应。1.3.7医疗保健网络视频提供经济高效、高质量图像的患者监控和视频监控解决方案，有助于加强工作人员、患者、探视者以及设施的安全保护。例如，经过授权的医务人员可在多个地点查看现场图像、检查活动并提供远程护理。视频图像外，EIS还可以通过压缩图像减小文件大小，节省可用存储空间。隐密保护。隐密保护功能通过遮挡避免看到或记录场面中的部分区域，各种网络视频产品均可配置这种功能。PTZ摄像机或PTZ网络快球可在摄像机改变取景时保持隐密保护，因为隐密区可随着调整系统一起移动。预设位置。许多PTZ摄像机和PTZ网络快球可以预设大量位置，一般在20到100之间，摄像机设定预设位置后，操作者可快速地由一个位置移至下一个位置。电子翻转。PTZ网络快球装在天花板上对人员进行监控时（例如在零售店中），会出现人员恰好位于摄像机下方的情况。没有电子翻转（E-flip）功能，人员跟踪显示倒立图像。这时，E-flip电子翻转功能可将图像旋转180度。这个功能自动执行，不需要操作者控制。自动翻转。与PTZ网络快球不同，由于受机械定位的限制无法做连续圆周运动，PTZ摄像机一般不能连续360度全方位旋转拍摄。而采用自动翻转功能，PTZ网络摄像机可在零点位置180度翻转摄像头连续旋转拍摄。摄像机可连续跟踪任意方向经过的人员。自动跟踪。自动跟踪是一种智能视频功能，可以检测移动中的人员或车辆，在摄像机的视距范围内进行跟踪。在需要注意偶然出现的人员或车辆的无人区视频监控场合，自动跟踪功能非常实用。由于监控场景中只需少量摄像机，因此这一功能可显著降低监控成本。而且，PTZ摄像机或PTZ网络快球仅对监控场合中的活动进行记录，从而提高了解决方案的经济效益。尽管PTZ摄像机和PTZ网络快球功能相似，但仍存在以下差别：受机械定位限制，PTZ网络摄像机不能连续360度全方位旋转拍摄。这意味着，摄像机不能围绕摄像机连续进行人员跟踪。配有自动翻转功能的PTZ摄像机除外。摄像机由一个预设位置移到下一位置时，PTZ网络摄像机不能连续自动操作，即不能进行巡查。以下章节详细介绍机械式和非机械式PTZ网络摄像机，以及PTZ网络快球。机械式PTZ网络摄像机机械式PTZ摄像机主要用于室内以及有操作人员的场合。PTZ摄像机光学变焦一般为10倍到26倍。PTZ摄像机可安装在天花板或墙壁上。非机械式PTZ网络摄像机非机械式PTZ网络摄像机及其防破坏版具有旋转、俯仰和缩放功能，不需要移动部件，因此不存在设备磨损。采用广角镜时，取景范围大于机械式PTZ网络摄像机。非机械式PTZ摄像机采用百万像素图像传感器，操作者可立即放大场景中的局部图像，图像分辨率不会受到任何影响。这样可以显示VGA分辨率（640x480pixels）全景，摄像机甚至可以采集更高分辨率的图像。全景图像局部放大时，摄像机采用原有百万像素分辨率显示VGA分辨率的1:1图像。给出的特写图像细节更加清晰并保持原有锐度。采用一般数字放大技术，放大图像往往缺失细节，锐度也会受到影响。非机械式PTZ摄像机适合用于隐蔽式墙壁安装。PTZ网络快球PTZ网络快球具有更加灵活的旋转、俯仰和缩放功能，可以覆盖广泛区域。这类摄像机可进行360度连续旋转，俯仰角一般可以达到180度。由于具有设计、安装（特别是天花板吊装）和难以观察摄像机视角（半球护罩可以透明或半透明）的特点，PTZ网络快球适合用于隐蔽安装。PTZ网络快球具有很高的机械强度，支持巡查模式下连续工作，摄像机还可以按预定顺序或随机方式，由一个位置自动移至下一个预设位置。一般可设置20次巡查，在一天的不同时间启动。巡查模式下，一台PTZ半球网络摄像机可以覆盖10台固定网络摄像机监控的区域。其主要缺点是，在给定的任意时间内只能监控一个位置，其他九个位置处于非监控状态。PTZ网络快球的光学变焦一般为10倍到35倍。PTZ网络快球适合用于有操作人员的场合。室内使用时，这种摄像机通常安装在天花板，在户外安装时，则安装在架杆或建筑物墙壁上。2.3日夜两用型网络摄像机包括固定、固定半球、PTZ和PTZ网络快球，所有类型的网络摄像机都具有日夜两用功能。日夜两用摄像机可用于室外安装，或照明条件较差的室内环境。日夜两用彩色网络摄像机可在白天提供彩色图像。当光线低于某个级别时，摄像机可自动切换到夜间模式，利用近红外光（IR）给出高质量黑白图像。近红外光波长为700至1000纳米（nm），肉眼看不到。但大部分摄像机传感器可以检测并利用近红外光。白天，日夜两用摄像机采用红外线阻止滤镜。滤除红外光可避免肉眼看到的图像颜色失真。夜间（黑白）模式时，取下摄像机红外线阻止滤镜，摄像机感光度可降低到0.001lux以下。日夜两用摄像机用于人造光源使用受到限制的环境，包括低亮度状态下的视频监控、隐蔽监控以及隐藏监控等。例如，夜间明亮照明会干扰司机的交通监控。日夜两用摄像机也可以结合红外照明器（IR）提供近红外光，进一步提高摄像机在低亮度或夜间条件下的视频质量。2.4百万像素网络摄像机固定摄像机和固定半球摄像机中的百万像素网络摄像机配有百万像素图像传感器，图像质量可达100万像素以上。这至少是模拟摄像机像素分辨率的两倍。百万像素固定网络摄像机有两种使用方法：观看者查看高分辨率图像中的细微情景，以便于识别人员和目标；或者，在图像分辨率保持与非百万像素摄像机相同的情况下，用来覆盖更大的场景。目前百万像素摄像机的感光度一般低于非百万像素网络摄像机。百万像素摄像机生成高分辨率视频流也对网络带宽和记录的存储空间提出更高要求，尽管采用H.264视频压缩标准会对此有所缓解。关于H.264的更多信息，请参见第7章。2.5选择网络摄像机的基本准则网络摄像机种类多种多样，最好掌握一些选择网络摄像机的基本准则。确定监控目标：一般观察还是细微识别。一般观察图像旨在大致了解整个场景，或观察人员的一般流动情况。细微图像对于识别人员或目标是十分重要的（例如，面孔或证件识别，销售点监控）。监控目标决定取景范围、摄像机位置及所需的摄像机类型。关于镜头的更多信息，参见第3章。覆盖范围。针对给定地点，确定关注的区域数量，覆盖的区域范围，各区域的位置彼此相近还是相对独立。区域决定摄像机类型以及需要使用的摄像机数量。-百万像素还是非百万像素。例如，两个监控区域面积较小，彼此之间相距较近，这时应采用一台百万像素摄像机配广角镜头，而不是使用两台非百万像素摄像机。-固定还是PTZ。（下面所述固定摄像机也指固定半球摄像机，PTZ摄像机也指PTZ网络快球。）一个区域可由多台固定摄像机监控，也可以采用少量PTZ摄像机监控。需要考虑的因素是，配有变焦功能的PTZ摄像机可以提供细微图像，观察的区域面积比较大。不过，PTZ摄像机每次只能简略查看监控区域的中一部分，而固定摄像机始终提供监控区域的全景图像。为充分利用PTZ摄像机的功能，需要操作者控制或设置自动巡查。室内还是室外环境。-感光度和照明要求。室外环境下应考虑采用日夜两用摄像机。需要考虑摄像机的感光度，以及是否需要增加照明或采用专用光源，如红外灯。请注意，网络摄像机的流明测量在不同网络视频产品供应商之前没有可比性，因为目前尚没有测量感光度的工业标准。-防护罩。如果摄像机安装在户外或需要防尘、防湿或防破坏的环境下应采用防护罩。关于防护罩的更多信息，请参见第4章。公开或隐蔽监控。除有助于选择防护罩和安装方法外，这还将有助于选择可采用非隐蔽或隐蔽安装的摄像机。其他需要考虑的摄像机重要功能因素包括：图像质量。图像质量是任何摄像机最重要的一个方面，且很难量化并加以测量。确定图像质量最好的方法是安装不同的摄像机观察视频效果。如果优先考虑清晰捕捉移动目标，网络摄像机采用逐行扫描技术是十分重要的。关于逐行扫描的更多信息，请参见第3章。分辨率。要求图像细节清晰的应用，最好采用百万像素摄像机。关于百万像素分辨率的更多信息，请参见第6章。压缩。网络视频产品支持H.264、MPEG-4和M-JPEG三种视频压缩标准。H.264是最新标准，可以最大限度节省带宽和存储空间。关于视频压缩的更多信息，请参见第7章。音频。如果需要音频功能，应考虑采用单路还是双路音频。一些网络摄像机提供音频支持，配有内置麦克风/外接麦克风及扬声器输入，或外接扬声器线路输出。关于音频功能的更多信息，请参见第8章。事件管理与智能视频。事件管理功能往往采用事件管理软件程序进行配置，由网络摄像机或视频编码器的输入/输出端口和智能视频功能加以支持。视频基于事件触发器通过网络视频产品的输入端口和智能视频功能进行记录，节省带宽和存储空间，除非发生报警/事件，不必对所有摄像机进行现场监控，因此操作人员可以监控更多的摄像机。关于事件管理功能的更多信息，请参见第11章。网络功能。考虑因素包括PoE、对视频流加密后再通过网络传输的HTTPS加密、允许或拒绝访问定义IP地址的IP地址过滤、控制网络访问的IEEE802.1X、IPv6以及无线功能。关于网络和安全的更多信息，请参见第9章开放式接口与应用软件。采用开放式接口的网络视频产品便于集成其他系统。同时，支持产品合理选择应用软件和管理软件，易于安装和升级网络视频产品也是十分重要的。关于视频管理系统的更多信息，请参见第11章。除网络摄像机外，另一个重要考虑因素是选择网络视频产品供应商。由于工程可能的扩展和调整，因此应从合作伙伴的角度来考虑供应商。也就是说，选择能够提供全线网络视频产品和附件，满足当前及今后需求的供应商是十分重要的。供应商还应具备创新、支持、升级和产品的长期发展路线图。确定所需摄像机之后，最好先买一台进行质量测试，然后再下批量订单。3.摄像机要素影响图像质量和取景的摄像机要素很多，因此选择网络摄像机时有必要了解这些要素。其中包括摄像机感光度、镜头类型、图像传感器类型、扫描技术以及图像处理功能等。本章将讨论这些要素，并在结束部分介绍一些系统安装的基本考虑原则。3.1感光度网络摄像机感光度一般以勒克斯（lux）为单位，表示摄像机看到可用图像所需照明度。勒克斯指标越低，摄像机感光度越好。通常，物体照度至少达到200lux才能获得质量良好的图像。一般情况下，物体光线越亮，图像越清楚。光线过差难以聚焦，图像模糊和/或昏暗。为在昏暗光线条件下拍摄质量良好的图像，日夜两用摄像机需采用近红外光。关于日夜两用摄像机的更多信息，请参见第2章。不同光线条件照度不同。许多自然场景的照度相当复杂，场景中阴影和高亮不同部分的勒克斯读数是不一样的。因此，有必要注意，一个勒克斯读数并不能表示整个场景的光线条件。照度照明条件100,000lux强阳光10,000lux晴朗日光500lux办公室照明100lux光线差的房间许多制造商规定了网络摄像机看到可用图像所需的最低照度。尽管这些技术指标有助于比较同一厂家摄像机之间的感光度，但却不能根据这些数据比较不同厂家的摄像机。这是因为不同制造商评估可用图像的方法不同，采用的标准也不一样。为正确对比两台不同摄像机照明条件强阳光晴朗日光办公室照明光线差的房间昏暗光线下的性能，可将摄像机放在一起观看昏暗光线下的拍摄效果。3.2镜头要素网络摄像机镜头组合具有多种功能，包括：决定视野，即决定取景范围以及细节拍摄的清晰程度。控制图像传感器进光量，使图像正确曝光。通过调整镜头组合中的组件，或镜头总成与图像传感器之间的距离聚焦。3.2.1视野视野是选择摄像机时需要考虑的因素之一，即拍摄的取景范围及细节的清晰程度。视野由镜头焦距和图像传感器尺寸决定，网络摄像机数据手册中规定了这两个指标。镜头焦距指主镜头（或复杂镜头总成中的特定点）与所有光线聚集到一点（通常为摄像机的图像传感器）之间的距离。焦距越长，视野越窄。确定拍摄视野所需焦距的镜头时，还必须结合网络摄像机图像传感器的尺寸，一般为1/4”、1/3”、1/2”和2/3”。视野分为三类：普通视野：与肉眼的视野相同。长焦视野：场面较窄，画面细节一般比肉眼识别更加清晰。当监控目标较少或距摄像机较远时，采用长焦镜头。长焦镜头聚光能力一般低于普通镜头。广角：场面较大，画面细节低于普通视野。广角镜头通常景深比较好，昏暗光线下可以获得清晰的拍摄效果。广角镜头有时会产生几何形状变形，类似“鱼眼”效果。镜头主要分为三种类型：定焦镜头：这类镜头的焦距是固定的，即只有一种视野（普通、长焦或广角）。固定网络摄像机镜头普通焦距为4mm。变焦镜头：这种镜头的焦距可在一定范围内变化，提供不同视野。视野可手动调整。当视野变化时，用户可手动调整镜头重新聚焦。网络摄像机变焦镜头的焦距范围一般为3mm至8mm。高倍镜头：高倍镜头与变焦镜头相似，可供用户选择不同视野。不过，当视野变化时，高倍镜头不需要重新聚焦。变焦范围内可保持焦距。例如6mm至48mm。镜头标示（如8x变焦）表示镜头最长与最短焦距之比。3.2.2镜头与传感器匹配如果网络摄像机可更换镜头，选择适合摄像机使用的镜头是十分重要的。配用1/2英寸图像传感器的镜头可用于1/2英寸、1/3英寸和1/4英寸图像传感器，但不适合用于2/3英寸图像传感器。如果采用小于摄像机中实际安装的图像传感器的镜头，图像会存在黑角。如果采用大于摄像机中实际安装的图像传感器的镜头，由于部分信息“丢失”在图像传感器外部，因此视野会小于镜头拍摄能力。这种情况会产生长焦效果，拍摄的图像被放大了。更换百万像素摄像机镜头时，由于百万像素传感器的像素要比VGA传感器（640x480像素）的小得多，因此需要采用高质量镜头。为充分利用摄像机能力，镜头分辨率与摄像机分辨率最好相互匹配。3.2.3镜头座标准更换镜头时，了解网络摄像机镜头座类型也是十分重要的。网络摄像机主要采用两种标准镜头座：CS型底座和C型底座。两种镜头座螺距均为1英寸，外观相同。其区别是摄像机上安装的镜头至传感器的距离不同：CS型底座。传感器至镜头的距离为12.5mm。C型底座。传感器至镜头之间的距离为17.526mm。C型底座镜头可采用5mm垫块（C/CS适配环）安装在CS型底座摄像机机身上。如果摄像机不能聚焦，有可能使用的镜头类型不对。3.2.4F值与曝光光线昏暗条件下，特别是在室内环境中，网络摄像机的一个重要因素是确定镜头聚光能力。这由镜头的F值（f-系数）决定，也称光圈级数（f-stop）。F值决定镜头进光量。F值是镜头焦距与孔径直径，即光圈直径之比，F值=焦距/光圈。F值越小（相对于光圈焦距短，或相对于焦距光圈大），镜头聚光能力越高；即通过镜头进入图像传感器的进光量越多。昏暗光线条件下，光圈越大，拍摄的图像质量越好。（不过由于设计方面的原因，有些传感器在昏暗光线条件下不能采用大光圈。）另一方面，小光圈可以改善景深，关于景深参见3.2.6节说明。F值较小的镜头一般比F值较大的镜头贵。F值通常记为F/x。斜线代表除号。F/4表示光圈直径等于焦距除以4。因此，如果摄像机采用8mm镜头，光圈开度的进光直径为2mm。尽管自动调整光圈的镜头（DC镜头）的F值有一定范围，但一般仅标记这个范围末端（最小F值）的最大进光量。镜头聚光能力或F值，以及曝光时间（即图像传感器曝光时长）是控制图像传感器接收进光量的两个主要因素。第三个因素是放大器增益，放大器用来加大图像亮度。不过，提高增益也会加大图像噪声（粗糙度）。因此，应首先调整曝光时间或光圈开度。一些摄像机可通过设置限制曝光时间和增益。曝光时间越长，图像传感器接收的进光量越多。光线较亮的环境，应缩短曝光时间，而光线较暗的环境应延长曝光时间。延长曝光时间也会增加运动模糊，而增加光圈开度将对景深造成不良影响，了解这一点是十分重要的，我们将3.2.6节详细说明。确定曝光时，建议缩短快速运动或高帧速曝光时间。光线差的条件下，延长曝光时间可以提高图像质量，但也会增加运动拖尾，而且由于延长了每帧曝光时间，因此总帧速下降。一些网络摄像机配有自动曝光设置，可随着可用光量提高或降低帧速。光照度下降的情况下，需要考虑增加人工光源或优化帧速或图像质量。3.2.5手动或自动光圈在光照度恒定的室内环境下，可采用手动光圈镜头。这种镜头要么配有光圈调整环，要么将光圈安装在某个F值。室外及场景照明不断变化的环境下，建议采用自动光圈镜头。这种光圈的孔径由摄像机控制，在没有曝光和增益设置或在网络摄像机中，用来保持最佳照明度。这种光圈还可以用来控制景深（将在下面加以说明），获得轮廓清晰的图像。大部分自动光圈镜头由摄像机处理器通过直流（DC）进行控制，因此称为“直流驱动光圈”镜头。另外有些自动光圈摄像机采用视频驱动（VideoDrive，简称VD）方式，摄像机将视频信号电平输出到自动光圈镜头的内部，再由其内部的驱动电路输出控制电压使镜头的光圈调整电动机转动，以此调整光圈的大小。3.2.6景深景深是视频监控应用的一个重要标准。景深指清晰显示焦点近处及远处物体的距离。景深可以是很重要的因素，例如监控停车场时，需要识别20、30和50米（60、90和150英尺）远的汽车牌照。景深受三个因素的影响：焦距、光圈直径和摄像机距目标的距离。焦距长、光圈大或摄像机与物体之间距离短都将限制景深。3.3图像传感器光线经镜头聚焦在摄像机的图像传感器上。图像传感器由大量感光像元组成，每个感光像元对应于图像传感器上的一个成像元素，简称“像素”。图像传感器上的每个像素记录曝光量，并将其转换为相应数量的电子。光线越强，生成的电子越多。组装摄像机时，摄像机图像传感器可采用两种主要技术：CCD（电荷耦合器件）CMOS（互补金属氧化物半导体）尽管CCD与CMOS传感器往往相互竞争，但两种传感器各有优缺点，适用于不同的应用。CCD传感器采用专门针对摄像机行业开发的技术。早期CMOS传感器基于已在诸如PC存储芯片中广泛采用的标准技术。现代CMOS传感器已采用更加专业化技术，传感器质量迅速提高。3.3.1CCD技术CCD传感器已在摄像机中使用30多年，在质量方面具有许多优点。一般来说，它们的感光度略好一点，产生的图像噪声略低于CMOS传感器。感光度越高，微弱光线条件下生成的图像质量越好。不过，CCD传感器较贵，在摄像机中的构成也比较复杂。CCD的耗电量是同等COMS传感器的100倍。3.3.2CMOS技术近来，随着CMOS传感器技术的进步，其图像质量已接近CCD传感器。CMOS传感器含有装配摄像机的所有逻辑电路，可以降低摄像机的总成本。与CCD相比，CMOS传感器集成能力更高，功能更加丰富。CMOS传感器读出速度快（这在需要高分辨率图像时十分有利）、功率耗散低、系统体积小。百万像素CMOS传感器有更加广泛的用途，成本低于百万像素CCD传感器。3.3.3百万像素传感器从成本角度看，百万像素摄像机采用的许多百万像素传感器（即含有100万以上像素的传感器），其体仅积相当于甚至略小于分辨率为640x480（307,200）像素的VGA传感器。这意味着，百万像素传感器每个像素的尺寸小于VGA传感器上的像素。例如，百万像素传感器（如1/3英寸200万像素传感器），每个像素尺寸仅为3urn（微米/microns）。相比之下，1/3英寸VGA传感器的像素尺寸为7.5urn。因此，百万像素摄像机分辨率更高，画面更为精细，同时由于像素体积小，物体反射光会散射给更多像素，因此其光敏度低于VGA传感器。3.4图像扫描技术隔行扫描和逐行扫描是目前读取和显示图像传感器信息采用的两种技术。隔行扫描主要用于CCD。逐行扫描则用于CCD或CMOS传感器。网络摄像机可以采用两种扫描技术。（而模拟摄像机只能采用隔行扫描技术通过同轴电缆传送图像，在模拟监控器上显示。）3.4.1隔行扫描CCD生成交错图像时产生两个行场：一个场显示奇数行，另一个场显示偶数行。不过，为生成奇场，需要组合CCD传感器奇行和偶行信息。偶场的情况也同样，需要组合偶数行和奇数行信息形成隔行图像。传输交错图像时，每次仅传送一半行数（奇数行与偶数行交替）的图像，带宽利用率降低了一半。监控器（以传统TV为例）也必须采用隔行扫描技术。首先显示图像的奇数行，再显示偶数行，然后以25fps（PAL制）或30fps（NTSC制）交替刷新。这样，人的视觉系统看到的是完整的图像。所有模拟视频格式以及部分现代HDTV格式都采用隔行扫描。尽管隔行扫描技术由于‘缺失’数据产生伪像或失真，但在隔行扫描监控器上看不到这种现象。但是，当以逐行扫描监控器显示交错视频时，例如计算机监控器，由于连续扫描图像的行，因此可以看到伪像。这种伪像看上去是“间断”的，这是由于奇行和偶行刷新略有时延造成的，仅有一半行数与运动图像保持同步，另一半等待刷新。视频停放以及视频定格进行分析时，这种情况特别明显。3.4.2逐行扫描逐行扫描图像传感器连续获取传感器每个像素的值，并连续扫描每一行图像生成全帧图像。换句话说，捕捉到的图像不用被分割为类似隔行扫描中单独的扫描场。采用逐行扫描时，网络传输整帧图像，然后在逐行扫描计算机监控器上显示，屏幕上按顺序一次显示一行图像。因此，采用逐行扫描技术的计算机屏幕可以更好地显示移动物体。在视频监控应用中，观察移动物体（如奔跑的人）的细节是十分重要的。3.5图像处理背光补偿、曝光区域和宽动态范围是网络摄像机提高图像质量的三种功能。3.5.1背光补偿尽管摄像机自动曝光功能极力使图像显示的亮度与人眼看到的场景相同，但很可能适得其反。强背光会造成前景中的物体变暗。配有背光补偿功能的网络摄像机尽力忽略有限的高亮区域，如同不存在一样。这样，即使明亮区域感光过度，仍然可以看到前景中的物体。这种照明状况也可以通过提高摄像机动态范围来处理，参见3.5.3节说明。3.5.2曝光区除处理有限高亮区外，网络摄像机自动曝光还必须选择图像中需要确定曝光值的区域。例如，背景（一般为图像底部）所含信息可能比天空（一般为图像顶部）等前景中的更重要。场景中不重要的部分应确定为非过度曝光区。采用高级网络摄像机，用户可以选择场景中部、左部、右部、顶部或底部作为曝光区，从而更加准确地曝光。3.5.3宽动态范围有些网络摄像机具有宽动态范围功能，可处理照明变化大的场景。区域过亮或过暗，或人位于玻璃幕墙背光场景中，一般摄像机生成的图像，处于暗区中的物体很难清晰看到。宽动态范围技术采用场景中不同物体不同曝光率等方法解决这一问题，使得明暗区域中的物体都能看得很清楚。3.6安装网络摄像机购买网络摄像机后，安装方法十分重要。下面就如何根据摄像机位置及环境条件，获得最佳质量视频监控提出部分建议。监控目标。如果是为了监控一个区域，跟踪移动的人员或物体，一定要将摄像机安装在便于观察物体的位置。如果是为了识别人员或物体，摄像机必须以适当方式进行部署或对焦，从而获得足够丰富的图像细节，以支持进行识别。关于摄像机的最佳部署位置也可向当地公安机关咨询。根据需要采用多点照明或提高亮度。一般比较简单且经济、高效的方法是在室内或室外增加强光灯，以便为获得良好图像提供必要照明条件。避免阳光直射，因为这样会使摄像机“什么也看不见”，图像传感器性能下降。在可能的情况下，摄像机的位置应背对阳光。避免背光。拍摄窗前物体时一般会出现这种问题。为解决这一问题，可调整摄像机位置，或在可能的条件下采用窗帘或关闭百叶窗。如果摄像机不能重新定位，可增加前景照明。在背光的环境下，最好采用支持宽动态范围的摄像机。减小场景动态范围。室外环境下，广阔的天空会造成动态范围过宽。如果摄像机不支持宽动态范围，解决办法是将其安装在高于地面的位置，必要时可采用架杆。调整摄像机设置。必要时，可以调整白平衡、亮度和锐度，以获得最佳图像。在光线微弱的条件下，用户必须首先考虑帧速或图像质量。法律因素。各国情况不同，视频监控可能受到限制或禁止。安装视频监控系统前，建议检查本地区相关法律规定。例如，特别是在公共场所，必要时必须注册或领取视频监控牌照。可能要求做标志。视频记录可能需要标记时间和日期。视频保存时间可能也有相关的监管规定。有可能不允许进行音频记录。4.摄像机保护与防护罩监控摄像机经常在极为恶劣的环境下使用。摄像机应配置防护罩以避免雨淋、高温和寒冷环境，以及灰尘、腐蚀性物质、振动和破坏的影响。摄像机和摄像机附件制造商采用各种方法解决使用环境中面临的问题。解决办法包括将摄像机装在单独的防护罩中、设计专用内置摄像机外壳，或利用智能程序感知摄像机工作条件的变化，及时向用户报警。下面将介绍摄像机护罩、固定摄像机在外壳中的位置、环境防护、防破坏和防拆卸以及各种安装方法。4.1通用摄像机外壳当环境变化超出摄像机运行条件时，需采用防护罩。摄像机防护罩尺寸和质量各异，有不同的功能。防护罩可采用金属或塑料材质，一般分为两类，枪式防护罩和半球摄像机防护罩。选择外壳时，应结合各种因素加以考虑，包括：侧开口还是滑动开口（枪式防护罩）安装支架透明还是烟色球罩（半球摄像机防护罩）线缆管理温度及其他额定条件（可考虑加热器、遮阳板、风扇和雨刷器）电源（12V,24V,110V等）抗破坏级别有些防护罩还配有外设装置，如用于无线环境的天线。金属防护罩需要采用外置天线。内置在塑料防护罩中的无线摄像机不需要采用外置天线。4.2透明护罩摄像机护罩的“窗口”或透明护罩一般采用优质玻璃或耐用聚碳酸脂塑料。由于窗口与光学镜头的作用一样，因此应选用高质量的材质，以免影响图像质量。透明材料的内部瑕疵会影响透明度。PTZ摄像机和PTZ网络快球对防护罩的要求更为严格。护罩不仅需要专门设计为球形，而且必须具有极高的清晰度，因为尘埃微粒等瑕疵将会